Questions aux experts
Energie, lumière, son
Et si c'était le filtre qui colorait la lumière ?
Au cours d'une expérience sur la décomposition de la lumière dans le cadre de l'association 1 2 3 Sciences, on a été amené à faire passer la lumière d'un projecteur à travers un filtre vert. Au regard de l'expérience réalisée, on est amené à faire l'hypothèse que celui-ci a filtré la lumière verte en ne laissant passer que celle-ci et qu'il a arrêté les autres couleurs. On recommence ainsi de suite avec un filtre bleu, rouge,...
Alors que l'on pensait la réponse évidente, une question inattendue surgit:" et si c'était le filtre qui colorait la lumière ?"
Quelle(s) expériences(s) complémentaires proposer pour répondre à cette question, sachant que celle-ci peut survenir à l'école élémentaire ?
Comment y répondre par une expérimentation qui soit accessible et compréhensible par des enfants de cet âge ? Bon courage...
L'idée que le verre (du prisme) colore la lumière a fait une longue carrière en histoire d'optique, et c'était Newton en personne qui a trouvé une célèbre expérience pour trancher en faveur d'une autre idée (toujours "valable") à savoir que la lumière blanche est composée de lumières colorées que le prisme (ou les filtres) peuvent mettre en évidence.
L'expérience de Newton me semble trop sophistiquée pour l'école primaire, mais on peut faire des observations avec des filtres qui s'inspirent de la même démarche. Il s'agit de se poser des questions quant aux conséquences expérimentales de ces deux idées, par exemple:
Si c'est le filtre vert qui colore la lumière en vert, alors peut-il colorer de la lumière rouge? de la lumière bleue? Les enfants verront que non, mais je déconseille la lumière jaune qui est composée d'une lumière verte et d'une lumière rouge dans des proportions à peu près égales; et donc un filtre vert peut sembler "colorer" la lumière jaune.
Si la lumière blanche est composée de lumières colorées, alors en envoyant plusieurs "impacts" de lumières colorées sur une surface blanche de façon qu'ils se superposent, on devrait obtenir différentes compositions colorées. Quelle est la "bonne" composition (en couleurs et en intensités relatives) pour produire ainsi de la lumière blanche? En faisant beaucoup d'essais les enfants verront que plus il y a d'impacts de couleurs différentes plus le résultats devient "blanc". Il peut être intéressant alors, de se poser la question d'un nombre minimal d'impacts suffisant pour obtenir "du blanc". Il existe des couples de couleurs complémentaires comme le jaune et le bleu, ou des "trios" de couleurs fondamentales, le plus connu étant le rouge, le vert et le bleu. En jouant sur les intensités lumineuses (en rapprochant ou en éloignant les sources de l'écran), leur superposition permet d'obtenir un "blanc" plus ou moins satisfaisant.
Un des secrets de cuisine expérimentale consiste à prendre dans le rôle d'écran une petite surface blanche sur un grand fond noir (plus il y a de "noir" entre les sources et le petit écran blanc, mieux c'est) et de faire les expériences dans une salle bien assombrie. En effet, les surfaces claires renvoient beaucoup de lumière dans toutes les directions et, du coup, cela diminue le contraste entre l'aire éclairée et le reste. Essayez, vous verrez, cela change tout. Quand je fais ces expériences avec les stagiaires IUFM, je leur demande de venir habillés en noir; cela les fait rigoler mais il sont curieux du résultat et, effectivement, le résultat est là.
Concernant le matériel : les projecteurs peuvent être remplacés par des lampes torches halogènes (genre maglite) sur lesquelles il faut fixer un morceau de papier-calque + un filtre. Le papier-calque doit être relativement épais pour permettre d'obtenir un impact uniformément lumineux (vous pouvez essayer sans, puis avec, et vous déciderez; la nécessité du papier-calque dépend de la qualité de la lampe torche).
Je connais des enseignants qui se débrouillent en achetant (pas cher) des filtres en grandes feuilles dans les magasins pour des professionnels de l'éclairage. Moi, j'utilise des pochettes des filtres "Mélange des couleurs" de Jeulin. Dans chaque pochette il y a six filtres de couleurs différentes, ce n'est pas beaucoup, mais cela suffit pour faire de très belles expériences.
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La question que vous posez correspond à une idée commune chez les enfants, mais aussi les adultes. Une expérience ne suffit pas à déstabiliser une idée fausse, même si elle y contribue. Les deux idées suivantes peuvent aider à comprendre les phénomènes de couleur, à adapter au niveau des enfants :
Avec ces deux idées, on peut interpréter les expériences suivantes :
Dans chaque expérience on compare la différence de luminosité de différentes plages d'un écran, une des plages servant de référence. Il est préférable de faire ces expériences sans lumière ambiante.
On peut se procurer facilement un réseau pour quelques euros chez les distributeurs de matériel pédagogique.